Vorrichtung und Verfahren zum Auskoppeln einer elektrischen Leistung

In den letzten Jahren gewinnt zunehmend die elektrische Ener ^¬ gieübertragung mittels Gleichstrom an Bedeutung (Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung; abgekürzt HGÜ) . Insbesondere über weite Entfernungen, beispielsweise über Entfernungen oberhalb von 750 Kilometern, ist die Energieübertragung mittels Gleichstrom von Vorteil. Hierbei wird der Gleichstrom typischerweise mit einer hohen Spannung, beispielsweise mit 380 Kilovolt, übertragen. Zur Übertragung der elektrischen Energie sind Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungs-Leitungen vorgesehen.

Zur technischen Überwachung der Hochspannungs-Gleichstrom- Übertragungs-Leitungen können Sensorvorrichtungen vorgesehen sein, die beispielsweise die Temperatur der Hochspannungs- Gleichstrom-Übertragungs-Leitung erfassen. Nachteilig daran ist, dass für die Versorgung der Sensorvorrichtungen Hilfsenergieversorgungen vorgesehen sind. Hierzu sind zusätzliche Leitungen parallel zur Hochspannungs-Gleichstrom- Übertragungs-Leitung oder in unmittelbarer Umgebung zu dieser erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine verbesserte Hilfsenergieversorgung bereitzustellen. Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruches 10 gelöst. In den abhängigen Patentansprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung angegeben.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine Hochspannungs- Gleichstrom-Übertragungs-Leitung und eine Auskoppelvorrichtung, wobei die Auskoppelvorrichtung derart mit der Hochspan- nungs-Gleichstrom-Übertragungs-Leitung elektrisch gekoppelt ist, dass eine elektrische Leistung aus der Hochspannungs- Gleichstrom-Übertragungs-Leitung bereitstellbar ist. Erfindungsgemäß umfasst die Auskoppelvorrichtung zur Bereitstel- lung der elektrischen Leistung beziehungsweise einer elektrischen Energie ein Klystron.

Als Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungs-Leitung wird hier ein Leitungsabschnitt, beispielsweise ein Abschnitt eines elektrischen Kabels, bezeichnet, der zu einer Hochspannungs- Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) geeignet ist. Insbesondere ist die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungs-Leitung dazu ausgebildet, elektrische Energie mit einer Spannung oberhalb von 100 Kilovolt, beispielsweise über wenigstens 100 Kilometern, zu übertragen. Mit anderen Worten kann mit der Hochspannungs- Gleichstrom-Übertragungs-Leitung eine hohe Gleichspannung über lange Strecken, beispielsweise über wenigstens 100 Kilo ^¬ metern oder wenigstens 500 Kilometern, übertragen werden. Erfindungsgemäß wird wenigstens ein Teil der elektrischen Leistung, die mittels der Hochspannungs-Gleichstrom- Übertragungs-Leitung übertragen wird, mittels des Klystrons aus der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungs-Leitung ausgekoppelt und zur Verwendung, insbesondere als Hilfsenergiever- sorgung, bereitgestellt. Die ausgekoppelte elektrische Leis ^¬ tung kann einen Verbraucher, beispielsweise einer Sensorvorrichtung, die zur Überwachung der Hochspannungs-Gleichstrom- Übertragungs-Leitung vorgesehen ist, zu deren elektrischer Versorgung zugeführt werden. Vorteilhafterweise weist das Klystron einen sehr guten Wirkungsgrad, insbesondere oberhalb von 10 Prozent, auf.

Mittels des Klystrons wird aus der hohen Gleichspannung, die an der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungs-Leitung an- liegt, ein elektrisches Hochfrequenzsignal erzeugt. Das er ^¬ zeugte elektrische Hochfrequenzsignal ist dann beispielsweise zur Versorgung der Sensorvorrichtung vorgesehen. Alternativ kann zum Klystron auch eine Klystrode (engl. Inductive- Output-Tube ; abgekürzt IOT) vorgesehen sein.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist, dass zusätzliche Leitungen für die Hilfsenergieversorgung entfallen können. Dadurch wird die Hochspannungs-Gleichstrom- Übertragung technisch weniger komplex und kostensparender.

Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Hochspan- nungs-Gleichstrom-Übertragungs-Leitung bereitgestellt, wobei die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungs-Leitung mit einem Klystron elektrisch gekoppelt ist. Erfindungsgemäß wird die elektrische Leistung aus der Hochspannungs-Gleichstrom- Übertragungs-Leitung mittels des Klystrons bereitgestellt.

Es ergeben sich zur erfindungsgemäßen Vorrichtung gleichartige und gleichwertige Vorteile.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Klystron dazu ausgebildet, eine elektrische Leistung bis ma ^¬ ximal 50 Watt, insbesondere bis maximal 10 Watt bereitzustel ^¬ len .

Mit anderen Worten stellt das Klystron im Vergleich zu typi- sehen Klystrons eine geringe Leistung von maximal 50 Watt, insbesondere von maximal 10 Watt, bereit. Das ist deshalb von Vorteil, da typischerweise für die Hilfsenergieversorgung ei ^¬ ne geringe elektrische Leistung, beispielsweise unterhalb von 50 Watt, insbesondere unterhalb von 10 Watt, vorgesehen ist.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungs-Leitung und das Klystron über eine Anode des Klystrons elektrisch ge ^¬ koppelt .

Mit anderen Worten wird die hohe elektrische Gleichspannung der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungs-Leitung an die Anode des Klystrons angelegt. Dadurch werden Elektronen, die aus einer Kathode des Klystrons austreten, mittels der

Gleichspannung der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungs- Leitung zur Anode hin beschleunigt. Vorteilhafterweise wird dadurch die elektrische Leistung von der Hochspannungs- Gleichstrom-Übertragungs-Leitung auf das Klystron effizient übertragen und somit effizient ausgekoppelt. Weiterhin kann das Klystron mit einer Wechselspannung gekoppelt sein.

Bevorzugt weist hierbei die Hochspannungs-Gleichstrom- Übertragungs-Leitung eine Ummantelung auf, die eine Öffnung aufweist, die wenigstens einen Teil des Klystrons umfasst.

Mit anderen Worten ist das Klystron wenigstens teilweise in die Ummantelung der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungs- Leitung integriert. Das ist deshalb von Vorteil, da dadurch eine besonders kompakte Bauweise der Vorrichtung ermöglicht wird. Weiterhin kann vorteilhafterweise die elektrische

Gleichspannung der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungs- Leitung direkt am Klystron, insbesondere an die Anode des Klystrons, angelegt werden.

Besonders bevorzugt umfasst die Auskoppelvorrichtung einen Gleichrichter, der zur Gleichrichtung der durch das Klystron bereitgestellten elektrischen Wechselspannung vorgesehen ist.

Vorteilhafterweise wird dadurch das Hochfrequenzsignal bezie ^¬ hungsweise die durch das Klystron bereitgestellte Wechsel ^¬ spannung in eine elektrische Gleichspannung gewandelt. Wei ^¬ terhin kann dadurch eine elektrische Gleichspannung, insbe- sondere mit einer elektrischen Leistung im Bereich von 10

Watt bis 50 Watt, durch das Klystron als Hilfsenergieversorgung bereitgestellt werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Vorrichtung einen Sensor, der zur Erfassung wenigstens einer physikalischen Größe der Hochspannungs-Gleichstrom- Übertragungs-Leitung vorgesehen und mit dem Klystron derart elektrisch gekoppelt ist, dass der Sensor wenigstens teilwei- se mittels der durch das Klystron bereitgestellten elektrischen Leistung versorgbar ist.

Mit anderen Worten ist die Hilfsenergieversorgung zur Versor- gung des wenigstens einen Sensors vorgesehen, der zur Überwa ^¬ chung der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungs-Leitung ausgebildet ist. Hierbei wird der Sensor vorteilhafterweise durch die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungs-Leitung über das Klystron mit elektrischer Leistung beziehungsweise mit elektrischer Energie versorgt. Hierzu erfolgt die Auskoppe ^¬ lung der elektrischen Leistung beziehungsweise der elektrischen Energie erfindungsgemäß mittels des Klystrons.

Besonders bevorzugt ist hierbei der Sensor als Temperatursen- sor, Gasdrucksensor, Gasdichtesensor und/oder Teilentladungssensor ausgebildet.

Vorteilhafterweise können dadurch die Wesentlichen physikali ^¬ schen Größen der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungs- Leitung überwacht werden. Dadurch wird vorteilhafterweise die Betriebssicherheit der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung beziehungsweise der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungs- Leitung verbessert. In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Vorrichtung eine Übermittlungsvorrichtung, die dazu ausgebildet ist, vom Sensor erfasste Daten zu übermitteln, wobei die Übermittlungsvorrichtung wenigstens teilweise mittels der durch das Klystron bereitgestellten elektrischen Leistung versorgbar ist.

Vorteilhafterweise können dadurch die vom Sensor erfassten Daten, beispielsweise an eine Zentrale, mittels der Übermitt ^¬ lungsvorrichtung übermittelt werden. Hierbei wird vorteil- hafterweise die Übermittlungsvorrichtung auch durch die mittels des Klystrons bereitgestellte elektrische Leistung ver ^¬ sorgt. Dadurch sind zusätzliche Leitungen zur Versorgung der Übermittlungsvorrichtung nicht erforderlich. Weiterhin wird vorteilhafterweise die Wartung und Kontrolle der Hochspan ^¬ nungs-Gleichstrom-Übertragung beziehungsweise der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungs-Leitung durch die Übermittlungsvorrichtung verbessert, da eine unmittelbare Auswertung und Beurteilung der übermittelten Daten des Sensors erfolgen kann .

Hierbei ist es besonders bevorzugt, wenn die Übermittlungs ^¬ vorrichtung zur drahtlosen Übermittlung der Daten des Sensors ausgebildet ist.

Vorteilhafterweise können dadurch zusätzliche Leitungen zur Übertragung der Daten entfallen. Weiterhin wird eine besonders effiziente und zeitnahe Übermittlung der Daten des Sen- sors, beispielsweise an die Zentrale, ermöglicht. Vorteil ^¬ hafterweise kann dadurch die Betriebssicherheit der Hochspan ^¬ nungs-Gleichstrom-Übertragung beziehungsweise der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungs-Leitung weiter verbessert werden, da zeitnah auf Störungen reagiert werden kann.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung führt die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungs-Leitung eine elektrische Spannung im Bereich von 100 Kilovolt bis 1000 Ki ^¬ lovolt .

Mit anderen Worten wird dadurch vorteilhafterweise eine Hoch- spannungs-Gleichstromübertragung (HGÜ) ermöglicht. Insbesondere ist eine elektrische Spannung von 380 Kilovolt oder 850 Kilovolt von Vorteil.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er ^¬ geben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung einer Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Die Vorrichtung 1 umfasst eine Hochspannungs-Gleichstrom- Übertragungs-Leitung 2, die beispielsweise einer Hochspan- nungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) zugeordnet ist, sowie eine Auskoppelvorrichtung 4. Hierbei deutet Figur 1 einen Leitungsabschnitt einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) an, wobei eine Mehrzahl von Hochspannungs-Gleichstrom- Übertragungsleitungen 2 vorgesehen sein kann. Die Auskoppelvorrichtung 4 weist erfindungsgemäß ein Klystron 42 auf. Wei ^¬ terhin umfasst die Auskoppelvorrichtung 4 einen Sensor 6 sowie einen Gleichrichter 8. Die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungs-Leitung 2 führt eine Hochspannung, die als Gleichspannung ausgebildet ist, beispielsweise mit einer elektrischen Gleichspannung oberhalb von 100 Kilovolt, insbesondere von 380 Kilovolt oder 850 Ki ^¬ lovolt .

Mittels des Klystrons 42 wird wenigstens ein Teil der durch die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungs-Leitung 2 geführten elektrischen Leistung beziehungsweise elektrischen Energie ausgekoppelt und beispielsweise zur Versorgung des Sen- sors 6 bereitgestellt. Typischerweise stellt das Klystron 42 eine Wechselspannung bereit, sodass zur Gleichrichtung der bereitgestellten Wechselspannung der Gleichrichter 8 vorgesehen ist. Der Vorteil des Klystrons 42 ist, dass das Klystron 42 einen hohen Wirkungsgrad, insbesondere oberhalb von 10 Prozent, für die Auskopplung der elektrischen Leistung aufweist. Dadurch kann eine geringe elektrische Leistung, bei ^¬ spielsweise im Bereich von 10 Watt bis 50 Watt, aus der Hoch ^¬ spannungs-Gleichstrom-Übertragungsleitung 2 effizient entnommen und zur Versorgung des Sensors 6 bereitgestellt werden.

Weiterhin kann die Vorrichtung 1 eine nicht dargestellte Übermittlungsvorrichtung zur Übermittlung der vom Sensor 6 erfassten Daten aufweisen. Auch die nicht dargestellte Übermittlungsvorrichtung kann mittels der durch das Klystron 42 bereitgestellten elektrischen Leistung versorgt werden. Zudem ist es vorgesehen, dass die Vorrichtung 1 wenigstens teilwei ^¬ se, insbesondere vollständig, innerhalb eines Erdreiches, das beispielsweise die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungs- Leitung 2 umgibt, angeordnet ist.

Vorteilhafterweise weist die Vorrichtung 1 zum Bereitstellen der elektrischen Leistung aus der Hochspannungs-Gleichstrom- Übertragungs-Leitung 2 einen deutlich größeren Wirkungsgrad als beispielsweise ein Widerstandsteiler auf. Auch mittels des Widerstandsteilers könnte ein Teil der mittels der Hoch ^¬ spannungs-Gleichstrom-Übertragungs-Leitung 2 geführten elekt- rischen Leistung ausgekoppelt werden. Allerdings ergibt sich durch die Verwendung eines Widerstandsleiters ein äußerst ge ^¬ ringer Wirkungsgrad, der deutlich geringer als 10 Prozent ist und im Promilleprozentbereich liegt. Mit anderen Worten ermöglicht es die vorliegende Erfindung aus der Hochspannungs- Gleichstrom-Übertragungs-Leitung 2 eine elektrische Leistung unter einem besonders vorteilhaften Wirkungsgrad zur Versorgung des Sensors 6 auszukoppeln.

Obwohl die Erfindung im Detail durch die bevorzugten Ausfüh- rungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt oder andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.